NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT. 7.1 Ý NGHĨA CỦA VIỆC NÂNG CAO HỆ SỐ CƠNG SUẤT:
Nâng cao hệ số cơng suất là một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện nămg.
Phần lớn các thiết bị dùng điện điều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q, những thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng là:
+ Động cơ không đồng bộ, chúng tiêu thụ khoảng 60-65% công suất phản kháng của lưới.
+ Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20-25%.
GVHD:PGS.TS HỒ ĐẮC LỘC SVTH: ĐỖ QUỐC KHA
+ Đường dây trên không, điện kháng và các thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng 10%.
Như vậy động cơ không đồng bộ và máy biến áp là tiêu thụ nhiều công suất phản kháng nhất. Công suất tác dụng P là công suất biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các máy dùng điện, cịn cơng suất phản kháng Q là cơng suất từ hóa trong các nhà máy điện xoay chiều, nó khơng sinh ra cơng.
Q trình trao đổi cơng suất phản kháng giữa máy phát điện và tải tiêu thụ là một quá trình dao động. Mỗi chu kì của dịng điện Q đổi chiều 4 lần, giá trị trung bình của Q trong ½ chu kì của dịng điện bằng khơng, cho nên tạo ra cơng suất phản kháng khơng địi hỏi tiêu tốn năng lượng của động cơ sơ cấp quay máy phát điện.
Công suất phản kháng cung cấp cho tải tiêu thụ không nhất thiết phải lấy từ nguồn ( máy phát điện). Vì vậy để tránh truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây, người ta đặt gần các tải tiêu thụ các thiết bị sinh ra Q ( tụ điện, máy bù đồng bộ) để cung cấp Q trực tiếp cho tải, làm như vậy được gọi là bù công suất phản kháng.
Khi có bù cơng suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dịng điện và điện áp trong mạch sẻ nhỏ đi, do đó hệ số cơng suất cosφ của mạng điện được nâng cao, giữa P, Q và φ có mối quan hệ sau:
P Q arctg
= ϕ
Khi lượng P khơng đổi, nhờ có bù cơng suất phản kháng, lượng Q trên đường dây truyền tải được giảm xuống, góc φ giảm và kết quả cosφ tăng lên.
Hệ số cơng suất cosφ được nâng lên có những hiệu quả sau:
a) Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện.
Tổn thất trên đường dây được tính theo cơng thức.
) Q ( ) P ( 2 2 2 2 2 2 2 P P R U Q R U P R U Q p P= + = + =∆ +∆ ∆
Do đó khi giảm Q truyển tải trên đường dây, ta giảm được thành phần tổn thất công suất ΔP(Q) do Q gây ra.
b) Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện:
Do : U(P) U(Q) U QX U PR U QX PR U= + = + =∆ +∆ ∆
Do đó khi giảm Q truyển tải trên đường dây, ta giảm được thành phần tổn thất điện áp ΔU(Q) do Q gây ra.
c) Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp.
Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng. Dòng điện nầy được xác định như sau: U 3 Q P I= 2+ 2
Với cùng một tình trạng phát nóng nhất định của đường dây và máy biến áp ( tức I=const) chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải P bằng cách giảm công suất phản kháng Q mà ta phải tải đi. Gì thế khi giữ nguyên đường dây và máy biến áp nếu cosφ của mạng điện được nâng cao ( tức giảm lượng Q truyền tải) thì khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp được tăng lên.
7.2 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SUẤT CÔNG SUẤT:
Các biện pháp nâng cao hệ số cơng suất được chia làm hai nhóm: Nhóm các biện pháp nâng cao cosφ tự nhiên ( khơng dùng thiết bị bù) và nhóm các biện pháp nâng cao cosφ bằng cách bù cơng suất phản kháng.
7.2.1 Nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên:
Nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên là tìm các biện pháp để các hộ dùng điện giảm bớt được lượng công suất phản kháng Q tiêu thụ như: Áp dụng q trình cơng nghệ tiên tiến, sử dụng các thiết bị hợp lý…. Cụ thể là các biện pháp sau:
+ Thay đổi và cải tiến các quy trình cơng nghệ để các thiết bị điện làm việc với chế độ hợp lý nhất.
+ Thay thế các động cơ không đồng bộ chạy non tải bằng động cơ có cơng suất nhỏ hơn.
+ Giảm điện áp những động cơ làm việc non tải. + Hạn chế động cơ chạy non tải.
7.2.2 Nâng cao hệ số công suất cosφ bằng phương pháp bù:
Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần tải tiêu thụ điện để cung cấp công suất phản kháng Q, ta giảm được công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây. Do đó nâng cao được hệ số cơng suất cosφ của mạng, biện pháp bù không làm giảm lượng công suất phản kháng tiêu thụ của phụ tải mà chỉ làm giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây mà thôi.
Bù cơng suất phản kháng Q ngồi mục đích là nâng cao hệ số cơng suất cosφ để tiết kiệm điện mà cịn có tác dụng khơng kém phần quan trọng là điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng cung cấp.
7.2.3 Chọn thiết bị bù. 1. Tụ điện:
Tụ điện là thiết bị điện tỉnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp, do đó nó có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng. Tụ điện có nhiều ưu điểm như tổn thất cơng suất tác dụng bé, lắp ráp và bảo quản dễ dàng. Tụ điện chế tạo thành nhiều đơn vị nhỏ vì thế có thể tùy theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà ta ghép dần tụ điện vào mạng.
Tụ điện được dùng rộng rải nhất là ở các xí nghiệp, nhà máy trung bình và nhỏ, địi hỏi dung lượng bù khơng lớn lắm. Thông thường nếu dùng dung lượng bù nhỏ hơn 5000 Kvar thì dùng tụ điện và nếu lớn hơn thì có thể dùng máy bù đồng bộ.
2. Máy bù đồng bộ:
GVHD:PGS.TS HỒ ĐẮC LỘC SVTH: ĐỖ QUỐC KHA
Là một động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ khơng tải. Ở chế độ q kích thích máy bù sản xuất ra cơng suất phản kháng cung cấp cho mạng và ở chế độ thiếu kích thích máy bù thiêu thụ công suất phản kháng của mạng.
Ngồi cơng dụng bù cơng suất phản kháng máy bù còn là thiết bị rất tốt để điều chỉnh điện áp, nó thường được đặt ở những điểm cần điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện.
Trong mạng điện yêu cầu phải nâng cao hệ số công suất cosφ của đường dây cung cấp nhằm giảm tổn thất công suất và điện năng từ cosφ1 lên cosφ2 thường lấy bằng hệ số công suất do công ty điện lực quy định thường từ 0.8 đến 0.93, dung lượng bù được xác định theo công thức.
QbùΣ = P( tgφ1 – tgφ2) Kvar P: Cơng suất tính tốn tồn tịa nhà (KW). Ta có thể đặt tụ bù theo 3 cách:
+ Đặt tập trung tại thanh cái điện áp thấp của máy biến áp, phương pháp nầy có ưu điểm: Giảm tổn thất qua máy biến áp, thích hợp khi dùng dung lượng bù khá lớn và dễ thực hiện điều chỉnh dung lượng bù để ổn định điện áp. Nhược điểm: Không giảm được tổn thất trong mạng điện xí nghiệp.
+ Đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực. Ưu điểm: hiệu suất sử dụng cao, giảm được tổn thất cả mạng điện áp cao và mạng điện áp thấp. Nhược điểm: Khó theo dõi trong vận hành cũng như thực hiện tự động hóa điều chỉnh dung lượng bù.
+ Đặt phân tán đến từng thiết bị điện. Ưu điểm: Có lợi nhiều nhất và giảm tổn thất điện năng. Nhược điểm: Khi thiết bị nghỉ thì tụ củng nghỉ theo do đó hiệu quả sử dụng khơng cao, khó quản lý.
Do đây là tịa nhà nên ta chọn cách đặt tụ thứ nhất là tập chung tại thanh cái của máy biến áp.
7.2.4 Tính dung lượng bù. Trước bù ta có: cosφ1 = 0.76 ⇒ tgφ1 = 0.85 Stt = 1356,787 (KVA) Ptt = Stt x cosφ1 =1557.49 x 0.76 = 1183.7 (KW) Qtt = Ptt x tgφ1 = 1183.7 x 0.85 = 1006.14 ( KVar) Sau bù: cosφ2 = 0.93 ⇒ tgφ2 = 0.4 Qbù = Ptt(tgφ1 – tgφ2) =1183.7( 0.85 – 0.4) = 532.7( KVar) Ta chọn 6 bộ tụ bù cosφ do nga chế tạo có thơng số sau:
Kiểu KC2- 6.3-100-2Y3. Công suất danh định 100 Kvar Điện dung danh định 8 Μf
Kiểu chế tạo 3 pha Khối lượng 50 kg Chiều cao h = 786 mm Dòng điện qua 1 tụ bù là: Ibù = đm bù U Q 3 = 4 . 0 3 100 x = 144.5 (A)
Chọn CB bảo vệ cho một tụ bù là: NF160-SW Uđm=690(v), Iđm=160(A). Dòng điện qua tủ bù là: Ibù = đm bù U Q 3 = 4 . 0 3 600 x = 866.02(A)
Chọn CB bảo vệ cho tủ tụ bù là: NF1000-SS. Uđm=690(v), Iđm=1000(A). Qbù = Ptt(tgφ1 – tgφ2)
=1183.7( 0.85 – tgφ2) = 600 ( KVar) ⇒ tgφ2 = 0.343 ⇒ cosφ2thực sau khi bù = 0.94